LA MAGIA DE LA FISICA: Magnetismo. Recursos Experimentales didácticos y recreativos.

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Ángela Nieto Soriano
hace 7 años
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1 LA MAGIA DE LA FISICA: Magnetismo. Recursos Experimentales didácticos y recreativos. Dr. Nelson Falcón Universidad de Carabobo. Facultad Experimental de Ciencias y Tecnología. Dpto. de Física. nfalcon@uc.edu.ve. Prof. Douglas Falcón Liceo Nacional Mario Briceño Iragorry. Bararida Bqto. Edo, Lara dlfalcon@hispavista.com En el apogeo de Macedonia, en el siglo IV a.c., eran conocidas una rocas provenientes de la región de Magnesia, que mostraban la curiosa propiedad de atraer algunos metales como el hierro y el níquel. Tales rocas se denominaron Magnésicas y se conocen hoy como Magnéticas. Ya los fenómenos similares se les apelan con el calificativo de magnéticos. El mineral de hierro Magnetita es en realidad un imán natural capaz de atraer al cobalto, al hierro y al níquel. La presencia de imanes en una región del espacio modifica las propiedades del espacio en sus alrededores, se dice entonces que crea un campo de fuerzas magnético; que l se representa por líneas entre los polos del imán. Experimento 1: Líneas tridimensionales de Fuerza Magnéticas Para visualizar las líneas de fuerza magnética requerimos de un medio entre imanes con partículas de hierro, capaces de moverse libremente. Una mezcla de aceite de motor y aceite comestible en un envase con limadura de hierro (fácil de obtener en los talleres donde tornan o rectifican motores y piezas metálicas) servirán como medio, alrededor de ellas se colocan dos o mas imanes. Una luz de linterna que ilumine el envase desde atrás facilitara la visibilidad de las líneas.

2 Es interesante notar que las líneas se aprecian convergentes entre los imanes cuando la fuerza es atractiva, vale decir cuando los polos de los imanes son opuestos; y se observan claramente divergente en el caso de polos iguales o de fuerza repulsiva. Las limaduras de hierro quedan atrapadas o congeladas en el campo magnético, de forma similar, la materia al interior del Sol también resulta atrapada por los campos magnéticos de la atmósfera exterior del Sol y se puede apreciar en las manchas solares. También nuestro planeta posee un campo magnético, quizás debido al núcleo de hierro y níquel (NiFe) de s interior. Este campo magnético global tiene su polo norte magnético en la Antártica y el polo norte geográfico corresponde al polo sur magnético, razón por la cual la aguja norte de una brújula apunta siempre al Norte geográfico. Experimento 2: Fuerza Magnética Usando dos imanes toroidales idénticos es posible hacer levitación magnética, es decir se puede mostrar que la fuerza magnética repulsiva entre los polos idénticos de dos imanes es suficiente para contrarrestar la gravedad. Es importante emplear un eje para evitar el desplazamiento lateral de los imanes.

3 Los trenes de alta velocidad en Japón usan ya la levitación magnética para levantar los vagones a unos pocos milímetros de los rieles y desplazar sobre ellos sin tocarlos!, es claro que se emplean potentes electroimanes para lograrlo. Los fenómenos eléctricos y magnéticos fueron tratados separadamente hasta bien entrado el siglo XIX. Christian Oersted ( ) al finalizar una clase práctica en la Universidad de Copenhague, fue protagonista de un descubrimiento que lo haría famoso. Al acercar una aguja imantada a un hilo de platino por el que circulaba corriente advirtió, perplejo, que la aguja efectuaba una gran oscilación hasta situarse inmediatamente perpendicular al hilo. Al invertir el sentido de la corriente, la aguja invirtió también su orientación. Este experimento, considerado por algunos como fortuito y por otros como intencionado, constituyó la primera demostración de la relación existente entre la electricidad y el magnetismo. Aunque las cargas eléctricas en reposo carecen de efectos magnéticos, las corrientes eléctricas, es decir, las cargas en movimiento, crean campos magnéticos y se comportan, por lo tanto, como imanes. Los trabajos de Michael Faraday ( ) y de James Maxwell ( ) entre otros eminentes hombres de ciencia, evidenciaron la correspondencia entre ambos fenómenos y sentaros las bases matemáticas de la comprensión del campo electromagnético. Experimento 3: Electroimán y Efecto Oersterd Puede construirse un electroimán con alambre delgado y esmaltado, de cobre, arrollado unas 30 o más veces sobre un carrete de hilo. Al conectar al mismo una batería se evidencia el campo magnético inducido, capaz de atraer algunos metales.

4 . El campo magnético generado se incrementa si añadimos algunos clavos de acero en el núcleo del carrete. Puede verse fácilmente que al desconectar la batería el dispositivo deja de actuar como imán. Hoy día sabemos que la fuerza magnética es consecuencia del movimiento de las cargas eléctricas. Los electrones, como partículas cargadas en movimiento, generan un dipolo magnético intrínseco en el átomo. Los materiales presentan, de acuerdo a su composición molecular, diferentes grados de momentos magnéticos orbítales y consecuentemente, responden de forma diferente ante los campos electromagnéticos. El magnetismo de los imanes se presenta en aquellos materiales donde los momentos magnético orbítales de las moléculas se alinean; apuntando mas o menos en la misma dirección en zonas macroscópicas del material, tal es el caso del hierro, de allí que se denominen ferromagnéticos a los materiales que presentan dominios magnéticos permanentes. En otros materiales no existen dominios magnéticos y son transparentes a los campos magnéticos, como el oro y la mayoría de los plásticos. Tales materiales se denotan como Diamagnéticos. Hay materiales que solo alinean sus dominios magnéticos parcialmente con el campo magnético exterior, retornando a su configuración original cuando cesa toda influencia magnética externa, tales materiales se dicen paramagnéticos, como el Aluminio, Los cambios de temperatura y otras influencias ambientales pueden alteran las zonas o dominios de los materiales ferromagnéticos. La presencia de una corriente eléctrica también puede reordenar esos dominios magnéticos, como por ejemplo los dominios existentes en una cinta de celuloide con una película de hierro-cromo, en cuyo caso se puede

5 codificar una suerte de código Morse para almacenar información. Un campo magnético no nulo en un tramo o sector se lee como un bit o 1, y cero en caso contrario, un mensaje esta constituido por una sucesión de ceros y unos. Este principio es el fundamento de las cintas de audio casettes, de VHS y de los diskettes de computadoras. Lo es también par los CD-room aun cuando el mecanismo de lecto-escritura del código sea diferente. Los campos magnéticos inducidos son proporcionales a la intensidad de las corrientes eléctricas. Si una corriente eléctrica cambia alternadamente su polariza, generará campos magnéticos con polaridades alternas y, en consecuencia, producirá fuerzas en direcciones opuestas. Una pieza metálica sometida al vaivén de tales fuerzas en una y otra dirección puede oscilar respecto a un eje, girando sobre él. Este es justamente el principio de funcionamiento de los rotores o motores eléctricos. Estamos rodeados en nuestra vida cotidiana de tales dispositivos. Los ventiladores, licuadoras, batidoras y lavadoras son solo algunas de las aplicaciones de los fenómenos magnéticos.

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